Ausrichtung flacher optischer Oberflächen auf präzise Spaltbreiten
Die Herausforderung
Mehrere optische Elemente mit einem Durchmesser von 20 mm sollen mit einer definierten Spaltbreite übereinander ausgerichtet und mithilfe UV-härtender Klebstoffe zu optischen Unterbaugruppen gefügt werden. Die folgenden Toleranzen müssen erreicht werden:
- Parallelität der jeweiligen Oberflächenpaare besser als 5 µm/20 mm
- Konzentrizität besser als 15 µm
- definierter Luftspalt zwischen 20 µm und 25 µm
Das Konzept
Um die Parallelität der Fügepartner über die gesamte Fläche zu erreichen, muss das optische Element präzise gehandhabt und mit mindestens fünf Freiheitsgraden positioniert werden. Lediglich die Rotation um die Flächennormale ist in diesem Fall nicht zwingend erforderlich.
Gleichzeitig sind zahlreiche makroskopische Bewegungen und Interaktionen erforderlich, beispielsweise beim Auftragen von Klebstoff, beim Zuführen und Entnehmen der Komponenten sowie beim Vermessen der gegriffenen Komponenten.
Building blocks
Mikromontageplattform
Durch die Umsetzung des Prozesses auf einer SmarAct Automation P50-Mikromontageplattform können die beiden Größenordnungen von Positionierung, Messtechnik, Klebstoffzufuhr und Komponentenzuführung nahtlos kombiniert werden. Das kartesische Bewegungssystem der P50 führt die makroskopischen Bewegungen mit hoher Dynamik und einer Wiederholgenauigkeit von bis zu 2 µm aus.
Komponentenhandhabung
Ein Handling-Modul mit einer darauf installierten, von oben ausgerichteten Kamera kann verwendet werden, um die Komponenten zuverlässig zu bewegen und vorzupositionieren. Ein ebenfalls installiertes Dosiermodul ermöglicht das präzise Auftragen des optischen Klebstoffs in der erforderlichen Menge und Position, die in der Vorstudie ermittelt wurden. Gegriffene Objekte werden mithilfe einer von unten ausgerichteten Kamera vermessen, die im Arbeitsbereich fixiert ist.
Aktive Justage
Die aktive Justage der Optiken hingegen erfolgt durch ein SMARPOD-Positioniersystem. Diese hexapodähnliche 6D-Kinematik ermöglicht alle erforderlichen Bewegungen mit einer Wiederholgenauigkeit von typischerweise 100 nm oder besser. An der Werkstückspannvorrichtung angebrachte Kameras ermöglichen die kontinuierliche Messung der Parallelität und des Klebespalts.
Zufuhr und Entnahme
Die Komponenten werden über einen automatischen Magazinzuführer zugeführt, der seitlich am System angebracht ist, und nach der Ausrichtung auch wieder dort entnommen. Der Umfang des Magazinsystems wird abhängig von der erforderlichen Autonomie und Zykluszeit ausgelegt.
Anwendungssoftware
Alle Aspekte des Prozesses können über die Anwendungssoftware des Systems bedient und angepasst werden. Verschiedene separate Betriebsarten stehen zur Verfügung, z. B. für Benutzerbetrieb, Entwicklerbetrieb und Administration. Dank des modularen Skriptsystems können Anpassungen am Prozessablauf jederzeit umgesetzt werden.
Prozessspezifische Entwicklungen
Jeder Prozess ist anders. Weitere Module und Geräte, die für Ihren spezifischen Prozess erforderlich sind, werden während der Konzeptphase identifiziert. Lösungen aus einem wachsenden Portfolio flexibler Standardmodule werden mit prozessspezifischen Sonderlösungen kombiniert.
The alignment and assembly process
Loading the components
The first element is removed from the input magazine, measured on both sides and fixed in the clamping fixture.
Adhesive dispensing
The previously determined amount of adhesive is applied to the edge area of the glass surface in a defined pattern.
Precise pre-alignment
The second element is gripped, measured on both sides and positioned above the first element at double the nominal distance.
Active alignment in position, tip and tilt
The lower element is aligned using a SMARPOD. The position is controlled to the three gap widths, which are detected by the tangential measuring cameras.
Adhesive curing by UV
The adhesive is activated by UV light so that the components are firmly bonded.
Inspection and removal
After adhesive curring the assembly is illuminated and examined to verify that the gap width and the respective positions of the components conforms to the defined tolerances. The inspected end product is then removed from the assembly mount and placed into the output magazine.
Erreichen Sie unerreichte Präzision bei der parallelen Ausrichtung von Komponenten
Die Lösungen von SmarAct ermöglichen eine vollautomatisierte Montage mit Ausrichtungen mit Genauigkeit im Mikrometerbereich, wie in unserem Anwendungsbeispiel gezeigt. Wenn Ihr Projekt ähnliche Fähigkeiten oder maßgeschneiderte Lösungen erfordert, stehen Ihnen unsere Vertriebsingenieure gerne zur Seite — kontaktieren Sie uns noch heute!